深圳子科生物報道：DNA是一種強大的構建載體，它的序列可以被設計，自我組裝。由此2006年美國加州理工學院計算機生物工程師Paul Rothemund開發(fā)了一種“DNA折紙術”（ DNA origami technique），像折疊一條長帶子那樣，把一條DNA長鏈反復折疊，形成需要的圖形，就像用一根單線條繪制出整幅圖畫。經(jīng)過近十年的發(fā)展，DNA折紙技術已經(jīng)變得更加強大了。一期（12月6日）的Nature雜志上公布了四項突破性成果，三個研究小組利用各種新策略，組裝出了比以前更大的DNA結構，而且這些方法也能幫助DNA折紙以更低成本批量生產(chǎn)，這代表著這一研究領域的一大躍進。

分形組裝過程構建蒙娜麗莎的概念動畫

來自加州理工學院生物工程系的錢璐璐（Lulu Qian）博士早年師從上海交通大學賀林院士，她一直都對生物納米技術與DNA分子計算感興趣，幾年前就曾與加州理工學院合作，利用人工合成的DNA分子，在試管中制成了當時zui復雜的生化電路。今年9月，其研究組在Science雜志上發(fā)表了全新DNA“機器人”的重要成果，解決了現(xiàn)有的機器人不能自動行走等局限問題。

在的Nature論文（“Fractal assembly of micrometre-scale DNA origami arrays with arbitrary patterns”）中，錢博士等人受到數(shù)學中“分形(Fractals) ”概念的啟發(fā)，研發(fā)出了一種成本低廉的新折紙技術。

“分形(Fractals) ”其實是指不同尺寸的相關物體重復出現(xiàn)，比如不同大小的血管，或者雪花晶體。“如果要從一組特殊的DNA鏈開始，構建非常復雜的DNA納米結構，就必須將組裝過程分解成多個更簡單的步驟。在每一步中，幾個較小的結構單元都是在各自試管中組裝出來，然后再將它們混合在一起，進一步自組裝成更大的結構”，錢博士說。她的研究團隊也開發(fā)了在線軟件，從而其他研究組也可以使用這一技術了。

公雞，細菌和蒙娜麗莎的“DNA折紙”原子力顯微圖像

來自慕尼黑理工大學的生物物理學家Hendrik Dietz的研究小組則是采用的DNA折紙技術與逐步構建策略，也就是自然界中分子機器采用的方法，例如對稱性和多層次的裝配過程。這些方法令他的團隊“從DNA折紙之前的megadalton單位發(fā)展成了gigadalton單位”。

另一篇文章（“Biotechnological mass production of DNA origami”）中，Dietz等人還利用噬菌體大量生產(chǎn)自切割單鏈DNA，然后將其組裝成肉眼可見的納米結構。

中間組裝產(chǎn)物的透射電子顯微照片（左）和*組裝的十二面體（右）?？s放比例為50納米

哈佛醫(yī)學院Wyss生物工程研究所的系統(tǒng)生物學家尹鵬（Peng Yin）早年畢業(yè)于北京大學，其研究組曾在“DNA折紙”研究領域取得了許多重要成果。在這項研究中，尹鵬等人采用的是與上述兩者都不同的一種新策略：傳統(tǒng)DNA折紙技術是用長支架鏈和短鏈搭建而成，而尹鵬研究組從DNA短鏈中構建了一個包含52個核苷酸的DNA單元，就像是一塊樂高積木。

尹鵬說：“與傳統(tǒng)的腳手架折紙相比，DNA‘積木’具有許多優(yōu)點。 首先它是模塊架構，這意味著如果你想設計不同的形狀，只需要從現(xiàn)有的DNA‘積木’庫中尋找，進行組裝。其次這種方法不需要長的腳手架鏈，至少從原理上來說，它應該更具可擴展性。”

10,000個DNA“積木”搭建出了一個泰迪熊形狀的空腔

這些研究人員都希望能通過增加組裝結構的尺寸，zui大限度地提高核酸生產(chǎn)能力，從而創(chuàng)建和測試可以用于各種應用的分子結構。 Dietz表示他的研究組小組對分子療法特別感興趣，“你可以在納米結構表面上將病毒蛋白作為抗原，然后獲得免疫反應，這樣就不需要讓生物機體接觸實際的病毒。這是*合成的。將來還會有很多有趣的臨床應用”，他解釋說。

包括V形，矩形和三角形DNA折紙磚組成的自組裝十二面體的代表性圖像。結構的半徑約為220納米，分子量約為1.2gigadaltons